高效發(fā)光碳納米點(diǎn)制備及其作為下轉(zhuǎn)換材料在太陽電池上的應(yīng)用研究.pdf

1、碳點(diǎn)類材料包括了納米金剛石、石墨烯量子點(diǎn)和碳點(diǎn)（碳量子點(diǎn)和碳納米點(diǎn)），作為一種環(huán)境友好型的發(fā)光材料一直是人們關(guān)注的熱點(diǎn)。由于其良好的生物相容性以及優(yōu)異的光學(xué)特性，在生物成像、化學(xué)離子檢測(cè)、光催化等領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。石墨烯量子點(diǎn)由于其獨(dú)特的能帶結(jié)構(gòu)及良好的電子傳輸特性，已被作為電子分離及傳輸層應(yīng)用到太陽電池上。目前，在太陽電池上應(yīng)用的發(fā)光材料還包括了半導(dǎo)體量子點(diǎn)、稀土離子以及分子熒光材料等，這些材料主要是作為下轉(zhuǎn)換層中的光子轉(zhuǎn)換材

2、料應(yīng)用到太陽電池的前表面上。而關(guān)于發(fā)光碳點(diǎn)類材料作為下轉(zhuǎn)換材料在太陽電池上應(yīng)用的報(bào)道還非常少。本文主要圍繞高發(fā)光量子產(chǎn)率碳納米點(diǎn)的制備、性能表征、機(jī)理解釋以及其在硅納米線陣列太陽電池上的應(yīng)用方面來展開。
　　首先，我們選擇檸檬酸作為碳源，乙二胺作為氮源，利用水熱法制備出了發(fā)光量子產(chǎn)率為76.7％的發(fā)光碳納米點(diǎn)。制備出的碳納米點(diǎn)同時(shí)含有sp2石墨型碳和sp3無定型碳兩種碳結(jié)構(gòu)，其平均尺寸為3.7 nm，分別在239和348 nm處有

3、兩個(gè)明顯的吸收峰，發(fā)射峰位位于439 nm，并且表現(xiàn)出了激發(fā)波長(zhǎng)獨(dú)立的特性。較大的斯托克斯位移使其吸收帶和發(fā)光帶的重疊部分很小，有效的降低了自吸收損失，適合在太陽電池上作為下轉(zhuǎn)換材料應(yīng)用。
　　其次，我們對(duì)碳納米點(diǎn)的pH效應(yīng)做了詳細(xì)的研究。發(fā)現(xiàn)碳納米點(diǎn)的吸收和發(fā)光均會(huì)受到 pH環(huán)境的影響，這主要是由碳點(diǎn)表面官能團(tuán)在不同 pH環(huán)境下的質(zhì)子化和去質(zhì)子化作用導(dǎo)致的，說明了碳納米點(diǎn)的發(fā)光與其表面態(tài)有很大的關(guān)聯(lián)。另外，碳納米點(diǎn)激發(fā)獨(dú)立的光學(xué)

4、性質(zhì)說明了碳納米點(diǎn)表面態(tài)比較單一，有利于較高的發(fā)光量子產(chǎn)率。
　　第三，我們首次通過在反應(yīng)前驅(qū)物中加入氨水，使碳納米點(diǎn)的發(fā)光量子產(chǎn)率達(dá)到了84.8%，相對(duì)于無氨水的情況提升了10.56%。我們通過借助 X射線光電子能譜（XPS）、傅里葉變換紅外光譜（FTIR）以及熒光壽命等手段，對(duì)不同氨水濃度條件下合成的碳納米點(diǎn)的結(jié)構(gòu)和發(fā)光量子產(chǎn)率之間的關(guān)系做了詳細(xì)的探討。研究發(fā)現(xiàn)，碳納米點(diǎn)的發(fā)光量子產(chǎn)率與氧態(tài)成反比，與氮態(tài)和氧態(tài)的比值正相關(guān)。這

5、主要是因?yàn)檫m量的氨水可以增強(qiáng)碳納米點(diǎn)的表面酰胺鍵并能夠有效的去除氧缺陷態(tài)，減少非輻射復(fù)合或低效輻射復(fù)合的途徑，最終得到了高效發(fā)光的碳納米點(diǎn)。
　　最后，我們成功的將制備的碳納米點(diǎn)作為下轉(zhuǎn)換材料應(yīng)用在了硅納米線陣列太陽電池上。需要注意的是，固態(tài)的碳納米點(diǎn)會(huì)由于其自身的聚合作用對(duì)表面態(tài)進(jìn)行破壞，最終出現(xiàn)熒光淬滅的現(xiàn)象。為了解決這個(gè)問題，我們選擇了能夠與碳納米點(diǎn)相融合的高透明度的聚乙烯醇作為碳納米點(diǎn)的載體，并通過旋涂法在硅納米線陣列太陽